浅谈基于系统概率安全指标的电力市场安全性定价

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　　1 概述
　　在传统的电力系统模式下，可能会出现这种奇怪的现象：电量高价，容量低价，备用容量零价。于是所有的电厂都争着要多发电量，电量越多，挣钱越多，但谁也不愿意招峰何，更不愿意做备用容量。因此到处缺峰何、缺备用。许多企业自备电厂要电力系统提供备用。
　　但是在市场经济的运行机制下，特别是电力企业实施厂网分开、竞价上网的电力体制改革之后，发电、输电、配电、售电都是企业，有的已通过资本市场上市融资，有的还实施了股份制改造，不久的将来还会有更多的发电和电网企业上市改造，都要按市场经济规律来指导自己的运行和经营，保证实现“自主经营、自负盈亏、自我发展、自我生存”的基本要求。在市场经济中，价格是企业向用户提供的信号。既然用户要求电力系统为自己提供必要的备用服务，电力系统在承担自己应尽责任的同时，向用户收取相应的服务费用也是理所当然的。
　　本文正是在电力市场的基础上，探讨最合理的安全性定价，使得通过这种定价可以激励市场参与者合理发电，用电，可以使社会效益最大，同时系统安全性得到充分保证。
　　2 模型概述
　　综合电力市场的特点以及安全因素外，本文提出了以社会效益最大化为目标的数学模型，其解应为社会最优解社会最优解通常被定义为在此解下所有的社会参与者的总收益最大，所有参与者都运行在其极限值之下，并且系统发电和用电功率平衡。
　　2.1 目标函数
　　社会效益=正常供电效益-安全损失
　　2.1.1 正常供电效益=用电效益-发电成本-输电成本-辅助服务成本
　　2.1.2 安全损失=安全控制费用+事故损失
　　设系统有n个发电机，m个用户，i表示发电机的节点，j表示用户的节点，l表示节点，P表示有功功率，R表示备用容量，则目标函数的数学表达式如下：
　　（1） 表示用电效益
　　（2） 表示发电成本
　　（3） 表示输电成本
　　（4） 表示辅助服务成本
　　（5） 表示安全损失
　　2.2 约束条件
　　因为任何一个事故的发生都将导致安全损失，单向接地短路将引起电压控制及相应的短路安全损失，而此后系统将恢复正常，所以在模型中所有与安全损失有关的约束都可不考虑，只考虑潮流平衡方程和容量约束。
　　2.2.1 等式约束 ,即潮流平衡方程
　　2.2.2 不等式约束 ，即容量约束和辅助服务的特殊约束
　　3 数学模型的讨论
　　在第二节中已经提出的数学模型中的每一部分，都需要我们对其组成进行讨论，这将有利于模型的简化，使问题清晰明确。
　　3.1 用电效益
　　用电效益是用户耗电能P后生产的产品价值减去除电费外的生产成本，包括人工、原材料、房、设备折旧等。当用电效益不易直接计算时，可根据用户类型不同分别间接计算。
　　3.2 发电成本和输电成本
　　3.2.1 各企业的发电成本应由以下部分组成
　　（1）燃料费，指发电机耗用的各种燃料的费用
　　（2）购入电力费，指为转售向外单位购入的有功电量的费用
　　（3）用水费
　　（4）材料费
　　（5）工资及福利费
　　（6）折旧费，指提取的固定资产折旧
　　（7）维修费
　　（8）其他费用，包括办公费、宣传费、运输费、税金等。
　　上述各项费用之和，即为电力企业向用户供电的发电成本
　　3.2.2 输电成本
　　输电成本应包括电网设备使用费用和电网扩建费用。其中电网设备使用费用包括输电设备的折旧、输电设备的运行和维护等。电网扩建费用是为满足输电需要，新建输电设备的投资费用。可根据输电定价计算得到。
　　3.3 辅助服务成本(备用成本)
　　由第三章分析可知备用成本占辅助服务成本的绝大部分，并且与其他辅助辅务相比备用成本更直接的参与目标函数的优化问题，故此本文将备用成本作为辅助服务的主要成本。
　　对于某一台发电机的备用成本如下：
　　3.3.1为备用的容量费用，这是由辅助服务市场的市场出清价决定的
　　3.3.2备用的电量费用。当系统出现事故时，调度中心将按市场出清价*备用电量付给备用方电量费用
　　3.3.3为惩罚费用， 为惩罚系数。
　　3.3.4本地系统向其他系统购买备用的费用。但本地系统备用用量不足时，系统将向外系统购买备用。此种费用多是提前签定合同，定期支付。
　　约束条件：
　　（1）容量约束：
　　 发电机不能超过自身容量限制
　　（2）电量约束：
　　 发电机电量不能超过自身电量限制
　　（3）机组爬坡率约束：
　　 发电机爬坡率不能过限
　　系统的备用成本在单个发电机成本的基础上，将每个发电机的备用成本叠加即可，但约束条件需加入潮流约束：
　　亦即
　　3.4 安全损失
　　 表示安全损失
　　其中：P为损失的功率， 为紧急控制策略， 为恢复控制策略， 为恢复时间
　　4 安全损失
　　安全损失包括安全控制费用和事故费用。控制手段有切机切负荷，调用备用等。事故损失包括事故停电损失和正常供电效益变化。事故停电损失是指电力供应不完全可靠或预期不完全可靠时(即由于电力供应中断或不足而发生断电或限电时)社会所承担的全部经济损失．与本文备用相关的安全损失就是此事故停电损失，这也正是本文在安全损失中需要讨论的。
　　当一次事故发生时，我们将按照提前制定的紧急控制策略和恢复控制策略对系统进行恢复，保证用户供电的可靠性。在以上两种控制策略已知并且认为在任何需引入备用的事故中网损均是一个常数的前提下,全损失的具体表达式如下：
　　4.1为电力系统的不安全概率
　　4.2 IEAR(interrupted energy assessment rate)为全社会停电损失评价率
　　4.3 EENS(expected energy not supplied)为预期停电期望值
　　在考虑故障的概率分布、节点注入功率概率分布，只考虑单一故障情况下电力系统的暂态功角稳定时，电力系统不安全指标，可以表示为电力主设备故障引起的不安全概率与输电线路故障引起的不安全概率之和。
　　在上面的假设中我们认为输电线路故障引起的系统损失为常数，故此我们不计此概率。
　　5 IEAR的获得
　　IEAR(interrupted energy assessment rate)指标主要是靠统计与估算来获得的。具体的方式如下：
　　5.1 通过调查，获取不同用户在不同停电持续时间下的经济损失估计值．
　　5.2 求不同用户每次停电的经济损失估计值与其年耗电量或年峰荷的比值，将采集到的数据归一化，并在调查所得的原始数据的基础上再乘上一个反映用户重要特性的负荷级别系数，以修正调查结果使其趋近真实．
　　5.3 对上一步求得的数据，按不同用户类别分别取平均值，并以此建立各类用户停电损失函数．
　　5.4 根据建立的函数及各类用户年峰荷或年耗电量，加权求出以母线节点为单位的综合用户停电损失函数，以说明综合用户停电损失和停电时间的关系．
　　值得指出的是IEAR函数是与停电损失时间正相关的函数。
　　
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　　注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文

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